JP2009053184A - 非接触センサ用回転ユニット及び非接触センサ用回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触センサの走査範囲の方向を容易に変更することができる非接触センサ用回転ユニット及び非接触センサ用回転装置を提供すること。
【解決手段】一方向に走査可能な非接触センサ２と、非接触センサ２を支持する支持手段３との間に配設され、非接触センサ２の走査方向に対して９０度回転可能となっている非接触センサ用回転ユニット１であり、この非接触センサ用回転ユニット１の少なくとも０度と９０度の回転状態を維持するための位置決め手段である突起１３ａ、第１列状突起１４ａ、及び、第２列状突起１４ｂが非接触センサ用回転ユニット１に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一方向に走査可能な非接触センサを利用した３次元測定器等に用いる非接触センサ用回転ユニット及び非接触センサ用回転装置に関する。

図５に示すように、３次元測定器１００は、一方向に走査可能な非接触センサ１０１と、この非接触センサ１０１を移動可能に支持するための支持手段１０２を有している。支持手段１０２は、３軸構成の支持部材１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと、支持部材１０２ｃの先端部に設けられている回転２軸ジョイント１０２ｄとから構成されている。

図６に示すように、非接触センサ１０１は、回転２軸ジョイント１０２ｄの先端部にジョイント部１０１ａを介して固定されている。支持部材１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃはそれぞれＸＹＺの３軸に沿って移動可能に構成されており、また、回転２軸ジョイント１０２ｄはＡ軸とＢ軸の２軸の回転軸を有する（図６及び図７参照）。そして、支持部材１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと回転２軸ジョイント１０２ｄとが協働することにより、被測定物に対し非接触センサ１０１の位置を自由に支持することができる。

非接触センサ１０１は、出射したレーザ光を一方向に走査させ、レーザ光の戻り光の受光位置の変位を検出し、被測定物の表面形状を取得するセンサである。即ち、一方向にレーザ光を走査することにより完了する１回の走査範囲は直線状となる。そして、この直線状のレーザ光の走査範囲を少しずつ平行にずらすように非接触センサ１０１を徐々に移動させ、被測定物の表面形状の３次元マップを取得してゆく。

非接触センサ１０１は、図６に示すように、回転２軸ジョイント１０２ｄを駆動し、Ｂ軸を中心として回転させることが可能である。回転２軸ジョイント１０２ｄの回転前の状態では、レーザ光の走査範囲はＲ１となっている。そして、回転２軸ジョイント１０２ｄを、そのＢ軸を中心として回転させると、非接触センサ１０１が回転してレーザ光の走査範囲はＲ２になる。

しかし、図７に示すように、回転２軸ジョイント１０２ｄを駆動し、Ａ軸を中心として９０度回転させた状態では、レーザ光の走査範囲Ｒ３の方向を走査範囲Ｒ４の方向へ変更することは不可能である。回転２軸ジョイント１０２ｄのＢ軸を中心に回転しても、非接触センサ１０１は回転２軸ジョイント１０２ｄの周囲において円弧を描くように回転するだけだからである。

このように非接触センサ１０１の走査範囲の方向を適宜変更することができない場合、正確な３次元測定を実行できない場合がある。例えば、被測定物の測定面が鏡面である場合には、図８（Ａ）に示すように非接触センサ１０１が配置されている場合には、戻り光が反射してしまうため正確な測定ができない。この場合、図８（Ｂ）に示すように非接触センサ１０１を９０度回転させて走査範囲の方向を変更する必要がある。従来の回転２軸ジョイント１０２ｄに装着した状態の非接触センサ１０１では、このような走査範囲の方向を変更は不可能である。

また、図９に示すように、非接触センサ１０１による走査は、原則として被測定物の断面方向に対して走査することが望ましい。この場合においても、非接触センサ１０１の走査範囲の方向を変更する必要がある。

本発明は、非接触センサの走査範囲の方向を容易に変更することができる非接触センサ用回転ユニット及び非接触センサ用回転装置を提供することを目的とする。

本発明に係る非接触センサ用回転ユニットは、一方向に走査可能な非接触センサと前記非接触センサを支持する支持手段との間に配設され、前記非接触センサの前記走査方向に対して９０度回転可能となっていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る非接触センサ用回転ユニットは、前記非接触センサ用回転ユニットの少なくとも０度と９０度の回転状態を維持するための位置決め手段を有していることが好ましい。

さらに、本発明に係る非接触センサ用回転ユニットは、前記非接触センサ側の第１部材と、前記支持手段側の第２部材とを有し、前記非接触センサ用回転ユニットの少なくとも０度と９０度の回転状態において、前記位置決め手段により前記第１部材は前記第２部材により３点支持されることが好ましい。

さらに、本発明に係る非接触センサ用回転ユニットは、前記第２部材には、前記第１部材に対して前記第２部材を９０度回転させるためのレバーが突出して設けられており、前記ロッドは前記非接触センサと別置されている回転補助治具と係合可能となっていることが好ましい。

さらに、本発明に係る非接触センサ用回転ユニットは、前記非接触センサ用回転ユニットを９０度回転させるための駆動手段を有していることが好ましい。

本発明に係る非接触センサ用回転装置は、一方向に走査可能な非接触センサと前記非接触センサを支持する支持手段との間に配設され、前記非接触センサの前記走査方向に対して９０度回転可能となっている非接触センサ用回転ユニットと、前記非接触センサ用回転ユニットを９０度回転させるための回転駆動装置とを有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る非接触センサ用回転装置は、前記回転駆動装置が、前記非接触センサへの給電を行うための給電端子を有していることが好ましい。

請求項１記載の本発明によれば、非接触センサ用回転ユニットが、一方向に走査可能な非接触センサと前記非接触センサを支持する支持手段との間に配設され、前記非接触センサの前記走査方向に対して９０度回転可能となっているため、非接触センサの走査範囲の方向を９０度変更することができ、被測定物の測定面の状況に応じた正確な測定をおこなうことができる。

請求項２記載の本発明によれば、前記非接触センサ用回転ユニットが、前記非接触センサ用回転ユニットの少なくとも０度と９０度の回転状態を維持するための位置決め手段を有しているため、非接触センサユニットの０度と９０度の回転状態が正確に規制され、非接触センサユニットの回転による測定誤差の発生を防止することができる。

請求項３記載の本発明によれば、前記非接触センサ用回転ユニットが、前記非接触センサ側の第１部材と、前記支持手段側の第２部材とを有し、前記非接触センサ用回転ユニットの少なくとも０度と９０度の回転状態において、前記位置決め手段により前記第１部材は前記第２部材により３点支持されるため、第１部材と第２部材との間のガタつきを防止することができる。

請求項４記載の本発明によれば、前記非接触センサ用回転ユニットにおいて、当該ユニットの第１部材に対して第２部材を９０度回転させるためのレバーが突出して設けられており、ロッドは非接触センサと別置されている回転補助治具と係合可能となっているため、非接触センサ用回転ユニットに回転駆動手段を設ける必要がない。

請求項５記載の本発明によれば、前記非接触センサ用回転ユニットが、前記非接触センサ用回転ユニットを９０度回転させるための駆動手段を有しているため、例えば、非接触センサの支持手段の位置制御を行うプログラムに、当該非接触用回転ユニットの回転状態をプログラミングすることにより、完全に自動化された３次元測定器を実現することができる。

請求項６記載の本発明によれば、非接触センサ用回転ユニットと、非接触センサ用回転ユニットを９０度回転させるための回転駆動装置とを有しているために、回転駆動装置によって非接触センサ用回転ユニットを９０度回転することができる。

請求項７記載の本発明によれば、回転駆動装置が非接触センサへの給電を行うための給電端子を有しているため、非接触センサへの給電を回転駆動装置によって行うことができる。

以下、図１ないし図３を参照しつつ本発明の第１実施形態について詳細に説明する。本実施形態の非接触センサ用回転ユニット１は、一方向に走査可能な非接触センサ２と当該非接触センサ２を支持する支持手段３との間に配設され、非接触センサ２の走査方向に対して９０度回転可能となっていることを特徴とする。

図１及び図２に示すように、３次元測定器において、支持手段３は、３軸構成の支持部材３ａ、３ｂ、３ｃと、支持部材３ｃの先端部に設けられている回転２軸ジョイント３ｄとから構成されている。図示するように支持部材３ａ、３ｂ、３ｃはそれぞれＸＹＺの３軸に沿って移動可能に構成されており、また、回転２軸ジョイント３ｄはＡ軸とＢ軸の２軸の回転軸を有する。そして、支持部材３ａ、３ｂ、３ｃと回転２軸ジョイント３ｄとが協働することにより、被測定物に対し非接触センサ２を自由な位置において支持することができる。

非接触センサ２は、非接触センサ用回転ユニット１と係合するためのジョイント部２ａを有している。この非接触センサ２は、出射したレーザ光を一方向に走査させ、レーザ光の戻り光の受光位置の変位を検出し、被測定物の表面形状を取得するセンサである。即ち、一方向にレーザ光を走査することにより完了する１回の走査範囲は直線状となる。そして、この直線状のレーザ光の走査範囲を少しずつ平行にずらすように非接触センサ２を徐々に移動させ、被測定物の表面形状の３次元マップを取得してゆく。

非接触センサ用回転ユニット１は、回転２軸ジョイント３ｄの先端部と非接触センサ２のジョイント部２ａとの間に配設されている。この非接触センサ用回転ユニット１は、図３（Ａ）に示すように、外カバー１１、波ワッシャ１２、第１ジョイント１３、カム板１４、ディレイ板１５、レバー部材１６、内カバー１７、第２ジョイント１８の各部材から構成されている。第１ジョイント１３は、回転２軸ジョイント３ｄの先端部と係合可能となっており、また、第２ジョイント１８は、非接触センサ２のジョイント部２ａと係合可能となっている。外カバー１１、第１ジョイント１３、及び内カバー１７の各部材は互いに固定され第１部材を構成し、また、カム板１４、ディレイ板１５、レバー部材１６、及び第２ジョイント１８の各部材は固定され第２部材を構成している。そして、非接触センサ用回転ユニット１の回転は、第１部材に対して第２部材が９０度回転することにより実行される。

第１ジョイント１３は１２０度の角度で離間して形成されている３個の半球状の突起１３ａを有しており、また、カム板１４は、図３（Ｂ）に示すように、それぞれ２列の突起から形成されると共に１２０度の角度で離間して形成されている３つの第１列状突起１４ａと、第１列状突起１４ａに対して９０度ずれた位置にそれぞれ形成されている３つの第２列状突起１４ｂとを有している。これら突起１３ａ、第１列状突起１４ａ、及び、第２列状突起１４ｂは、非接触センサ用回転ユニット１の少なくとも０度と９０度の回転状態を維持するための位置決め手段を構成している。

第１ジョイント１３は波ワッシャ１２によって付勢されているため、各突起１３ａは、第１列状突起１４ａ及び第２列状突起１４ｂの方向へ付勢されている。図３（Ｂ）に示されている状態では、各突起１３ａは各第１列状突起１４ａによって係止されており、第１ジョイント１３はカム板１４に対して第１位置（０度の位置）において係止されることになる。また、各突起１３ａが各第２列状突起１４ｂによって係止されている位置が第２位置（９０度の位置）となる。第１位置又は第２位置において、各突起１３ａは第１列状突起１４ａ又は第２列状突起１４ｂの何れかに係止され、その際、波ワッシャ１２の付勢力により第１ジョイント１３はカム板１４に対してしっかりと３点支持されることになる。

レバー部材１６は一対のレバー１６ａを有し、図２に示すように、このレバー１６ａは非接触センサ用回転ユニット１の側方から突出している。このレバー１６ａは、非接触センサ２と別置されている回転補助治具４のＵ字型の一対の腕部４ａの係合溝４ｂのそれぞれと係合可能となっている。

以下、各突起１３ａが各第１列状突起１４ａによって第１位置に係止されている状態の非接触センサ用回転ユニット１を回転させ、各突起１３ａが各第２列状突起１４ｂによって第２位置に係止されている状態へ変更する作業について説明する。

最初に、支持手段３の支持部材３ａ、３ｂ、３ｃ及び回転２軸ジョイント３ｄを操作し、非接触センサ用回転ユニット１のレバー部材１６のレバー１６ａのそれぞれが、回転補助治具４のＵ字型の一対の腕部４ａの係合溝４ｂのそれぞれと係合する位置へ非接触センサ用回転ユニット１を移動する。

レバー１６ａと係合溝４ｂとを係合させた後、回転２軸ジョイント３ｄを操作し、そのＢ軸を中心にして９０度回転させる。この９０度の回転は図３（Ｂ）において反時計回り方向の回転であり、非接触センサ用回転ユニット１の各突起１３ａが各第１列状突起１４ａから離脱し、各突起１３ａが各第２列状突起１４ｂに係止される。即ち、回転２軸ジョイント３ｄのＢ軸の回転力により、第１ジョイント１３のカム板１４に対する位置は、第１位置から第２位置へと変位することになる。そして、第２位置においても波ワッシャ１２の付勢力により第１ジョイント１３はカム板１４に対してしっかりと３点支持される。

第１ジョイント１３のカム板１４に対する位置が第１位置から第２位置へと変位することにより、非接触センサ２が９０度回転し、この非接触センサ２の回転によって、当該センサの走査範囲の方向が９０度回転することができる。

なお、各突起１３ａが各第２列状突起１４ｂによって第２位置に係止されている状態の非接触センサ用回転ユニット１を回転させ、各突起１３ａが各第２列状突起１４ａによって第１位置に係止されている状態へ変更する作業も、上記のようにレバー１６ａを係合溝４ｂに係合し、回転２軸ジョイント３ｄを操作することにより実行できる。なお、この９０度の回転は図３（Ｂ）において時計回り方向への回転となる。

本実施形態の非接触センサ用回転ユニット１は、第１位置及び第２位置のいずれの位置においても波ワッシャ１２の付勢力により第１ジョイント１３はカム板１４に対してしっかりと３点支持されている。従って、レバー１６ａを手動で操作して、非接触センサ用回転ユニット１を回転することも可能である。

本実施形態の非接触センサ用回転ユニット１は、機械式の非接触センサ用回転ユニットの一例にすぎない。例えば、第１部材と第２部材の係合手段は、０度と９０度の回転位置を規制できるのであれば、その構成は問わない。また、第１部材と第２部材間の付勢を行えるのであれば、波ワッシャのような部品である必要はない。また、第１部材と第２部材の係合手段は、係合状態において３点支持構造が理想的であるものの、３点支持構造以外の構造を採ることも可能である。

次に、図４を参照しつつ本発明の第２実施形態について詳細に説明する。本実施形態の非接触センサ用回転ユニット５は、超音波振動子５１を備えている自動回転ユニットである。この非接触センサ用回転ユニット５は、超音波振動子５１、振動可動ロッド５２、一対のストッパ５３、第１ジョイント５４、第２ジョイント５５、電気回路基板５６、第１軸受け５７、第２軸受け５８を有している。そして、超音波振動子５１及び振動可動ロッド５２の両部材が非接触センサ用回転ユニット５を９０度回転させるための駆動手段を構成している。なお、第１ジョイント５４は、上記第１実施形態において説明した回転２軸ジョイント３ｄの先端部と係合可能となっており、また、第２ジョイント５５は、非接触センサ２のジョイント部２ａと係合可能となっている。

超音波振動子５１は第１ジョイント５４と機械的に連結されており、一方、振動可動ロッド５２は第２ジョイント５５と機械的に連結されている。この振動可動ロッド５２は円弧状の形態を有し、第２ジョイント５５の円周に沿うように配設され、また、９０度の間隔を隔てて一対のストッパ５３を有している。超音波振動子５１は、電気回路基板５６から供給される振動電気信号によって駆動されることにより、振動可動ロッド５２を回転させることができる。この回転範囲は一対のストッパ５３により規制されているため、第１ジョイント５４と第２ジョイント５５の相対角度は０度又は９０度の何れかに決定される。また、当該振動電気信号が停止されると、超音波振動子５１によって振動可動ロッド５２がロックされるため、超音波振動子５１の停止時において、第１ジョイント５４と第２ジョイント５５とはしっかりと固定され、両部材の間のガタつきが防止される。

本実施形態の作用効果は、上記第１実施形態における作用効果と略同様であるが、本実施形態の非接触センサ用回転ユニット５は自動回転ユニットであるため回転補助治具４のような部材を必要としない。また、非接触センサ２の支持手段３の位置制御を行うプログラムに、当該非接触用回転ユニット５の回転状態をプログラミングすることにより、完全に自動化された３次元測定器を実現することができる。

本実施形態の非接触センサ用回転ユニット５は自動回転ユニットの一例にすぎない。例えば、通常の電動モータと歯車等の組み合わせによっても、０度と９０度の回転位置を規制できるものであれば当該自動回転ユニットを構成することが可能である。

次に、図１０を参照しつつ本発明の第３実施形態について詳細に説明する。本実施形態の非接触センサ用回転装置は、第１実施形態における非接触回転ユニット１と、非接触センサ用回転ユニット１を９０度回転させるための回転駆動装置６とを有することを特徴とする。

上記第１実施形態において、非接触回転ユニット１は、当該ユニット１の側方から突出しているレバー１６ａを回転補助治具４の係合溝４ｂに係合し、回転２軸ジョイント３ｄのＢ軸を中心にして９０度回転させることにより、非接触センサ２の走査範囲の方向が９０度回転するようになっていた。これに対して、本実施形態においては、回転２軸ジョイント３ｄを回転することなく、回転駆動装置６により非接触センサ２の走査範囲の方向を９０度回転させることができる。

回転駆動装置６は、図１０に示すように、本体６１と、本体６１の上面において回転する回転テーブル６２と、回転テーブル６２に設けられている１組のアーム６３と、本体６１に設けられている係止アーム６５とを有している。回転テーブル６２は、本体６１内部に備えられているモータ（図示せず）により９０度回転する。

それぞれのアーム６３の先端部には、係止溝６４が形成されており、この係止溝６４の形状は、非接触回転ユニット１の側方から突出しているレバー１６ａの形状に対応するようになっている。また、本体６１に設けられている係止アーム６５の先端部には、非接触回転ユニット１の円筒胴部１９を受け入れるための受け入れＵ字型溝６６が形成されている。

Ｕ字型溝６６の下方には、非接触センサ２への給電を行うための給電端子（図示せず）が設けられている。この給電端子は、Ｕ字型溝６６内に非接触回転ユニット１の円筒胴部１９が受け入れられた際に、非接触センサ２に設けられている１組の端子１９ａ（図１１参照）と電気的に接触することができる。給電端子による非接触センサ２への給電は、当該センサ２を電流により暖気することにより、温度に起因する測定誤差を回避するために行われる。

本実施形態において非接触センサ用回転ユニット１を９０度回転させる場合には、３次元測定器の支持手段３を制御するプログラムによって、非接触回転ユニット１の側方から突出しているレバー１６ａに係止され、且つ、非接触回転ユニット１の円筒胴部１９が回転駆動装置６のＵ字型溝６６内へ受け入れられるように非接触センサ２を移動する。そして、回転駆動装置６の回転テーブル６２を９０度回転させることにより、非接触センサ用回転ユニット１を９０度回転させる。また、この状態においては、回転駆動装置６に設けられている給電端子により非接触センサ２への給電が可能となる。

上述した３次元測定器の支持手段３を制御するプログラムに回転駆動装置６の回転テーブル６２の回転の実行及び停止と給電端子による給電の実行及び停止についてのプログラミングを加えることにより、３次元測定器による測定を自動化することができる。

本発明の第１実施形態に係る非接触センサ用回転ユニット１を取り付けた３次元測定器を示す斜視図である。 図１に示す非接触センサ用回転ユニット１の取り付け状態を示す部分拡大斜視図である。 図３（Ａ）は図１に示す非接触センサ用回転ユニット１の分解斜視図であり、図３（Ｂ）はカム板１４の正面図である。 本発明の第２実施形態にかかる非接触センサ用回転ユニット５の内部構造を示す説明斜視図である。 従来の３次元測定器１００を示す斜視図である。 図５に示す非接触センサ１０１の取り付け状態および回転状態を示す部分拡大斜視図である。 図５に示す非接触センサ１０１の取り付け状態および回転状態を示す部分拡大斜視図であり、回転２軸ジョイント１０２ｄのＡ軸を９０度回転させた状態を示している。 図８（Ａ）は図５に示す非接触センサ１０１の走査範囲が垂直方向に段部を有する被測定物の測定面に対して水平方向に延在している状態を示す説明図であり、一方、図８（Ｂ）は垂直方向に延在している状態を示す説明図である。 図５に示す非接触センサ１０１の走査範囲が被測定物の断面方向に延在している状態を示す説明図である。 本発明の第３実施形態にかかる非接触センサ用回転装置を示す斜視図である。 図１０に示す非接触センサ用回転装置における給電を行うための非接触センサ２に設けられている端子１９ａを示す斜視図である。

符号の説明

１、５ 非接触センサ用回転ユニット
２、１０１ 非接触センサ
２ａ、１０１ａ ジョイント部
３、１０２ 支持手段
３ａ、３ｂ、３ｃ、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 支持部材
３ｄ、１０２ｄ 回転２軸ジョイント
４ 回転補助治具
４ａ 腕部
４ｂ 係合溝
６ 回転駆動装置
６１ 本体
６２ 回転テーブル
６３ アーム
６４ 係止溝
６５ 係止アーム
６６ Ｕ字型溝
１１ 外カバー
１２ 波ワッシャ
１３、５４ 第１ジョイント
１３ａ 突起
１４ カム板
１４ａ 第１列状突起
１４ｂ 第２列状突起
１５ ディレイ板
１６ レバー部材
１６ａ レバー
１７ 内カバー
１８、５５ 第２ジョイント
１９ 円筒胴部
１９ａ 端子
５１ 超音波振動子
５２ 振動可動ロッド
５３ ストッパ
５６ 電気回路基板
５７ 第１軸受け
５８ 第２軸受け
１００ 三次元測定器

Claims (7)

1. 一方向に走査可能な非接触センサと前記非接触センサを支持する支持手段との間に配設され、前記非接触センサの前記走査方向に対して９０度回転可能となっている非接触センサ用回転ユニット。
2. 前記非接触センサ用回転ユニットは、前記非接触センサ用回転ユニットの少なくとも０度と９０度の回転状態を維持するための位置決め手段を有している請求項１記載の非接触センサ用回転ユニット。
3. 前記非接触センサ用回転ユニットは、前記非接触センサ側の第１部材と、前記支持手段側の第２部材とを有し、前記非接触センサ用回転ユニットの少なくとも０度と９０度の回転状態において、前記位置決め手段により前記第１部材は前記第２部材により３点支持されることを特徴とする請求項２記載の非接触センサ用回転ユニット。
4. 前記第２部材には、前記第１部材に対して前記第２部材を９０度回転させるためのレバーが突出して設けられており、前記ロッドは前記非接触センサと別置されている回転補助治具と係合可能となっている請求項３記載の非接触センサ用回転ユニット。
5. 前記非接触センサ用回転ユニットは、前記非接触センサ用回転ユニットを９０度回転させるための駆動手段を有している請求項２記載の非接触センサ用回転ユニット。
6. 一方向に走査可能な非接触センサと前記非接触センサを支持する支持手段との間に配設され、前記非接触センサの前記走査方向に対して９０度回転可能となっている非接触センサ用回転ユニットと、
   前記非接触センサ用回転ユニットを９０度回転させるための回転駆動装置とを有することを特徴とする非接触センサ用回転装置。
7. 前記回転駆動装置は、前記非接触センサへの給電を行うための給電端子を有していることを特徴とする請求項６記載の非接触センサ用回転装置。

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